disser/c1.tex

\chapter{Зависимость деформационных и прочностных свойств тканых УУКМ от
наличия локальных концентраторов напряжений}

\section{Технологические операции изготовления конструкций из тканых УУКМ,
приводящие к появлению локальных концентраторов напряжений}

\subsection{Описание технологического процесса изготовления
углеродных волокон}

Углеродные волокна обладают уникальными механическими и физическими свойствами
по раду показателей: высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и
температурного расширения, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и
химическим реагентам. Исходными материалами для получения углеродных волокон
являются химические волокна и углеродные пеки.

Технологический процесс получения углеродных волокон включает в себя стадии
текстильной подготовки материала, окисления, карбонизации и графитизации.

Во время текстильной подготовки из целлюлозного материала удаляется влага,
неорганические примеси и органические вещества, включая замасливающие
препараты, путем обработки их растворителями или поверхностно-активными
веществами. После чего материал проходит сушку при температуре не ниже
$100^\circ\mathrm{C}$ в течении $15$ часов.

Окисление проводится при температуре не выше $350\dots400^\circ\mathrm{C}$. На
этой стадии протекают основные химические реакции, наблюдаются наибольшие
потери массы материала.

Карбонизация проводится при температурах, достигающих
$900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжаются химические процессы,
в результате которых остаток обогащается углеродом. При этом, во время
карбонизации изменяется комплекс физико-механических характеристик волокна, что
особо важно для практических целей. Процесс карбонизации проводят в защитных
средах нейтральных газов азота или аргона, которые предотвращают воздействие на
целлюлозу кислорода из воздуха.

При графитизации углеродные влокна подвергаются высокотемпературной обработке.
Начальная температура графитизации определяется конечной температурой
карбонизации, а конечная находится в пределах $2600\dots2800^\circ\mathrm{C}$.
В процессе графитизации происходит насыщение волокон углеродом до содержания не
менее $99\%$. Графитизацию проводят в среде аргона очень короткое время
(несколько минут).

Наряду с гидратцеллюлозным волокном в качестве сырья для получения углеродных
материалов используют ПАН-волокно. Из него изготавливают высокопрочные,
высокомодульные углеродные волокна. Одним из преимуществ ПАН-волокна является
высокое содержание углерода --- около $40\%$ от массы полимера. Стадии процесса
получения углеродных волокнистых материалов из ПАН-волокна и вискозного сырья
аналогичны.

Наиболее дешевыми и доступными исходными материалами для производства
углеродных волокон являются нефтяные и каменноугольные пеки. Процесс получения
волокон из пеков включает в себя следующие стадии: приготовление пека,
формование волокна, карбонизацию и графитизацию.

Углеродные волокна, применяемые для армирования конструкционных материалов
условно могут быть разделены на две группы: высокомодульные ($E_1^+ = 300\dots
700$~ГПа, $\sigma_1^- = 2\dots 2.5$~ГПа) и высокопрочные ($E_1^- = 200\dots
250$~ГПа, $\sigma_1^+ = 2.5\dots 3.2$~ГПа) \cite{bib:bulanov}.

\subsection{Изготовление тканей}

Тканые материалы на основе углеродных волокон можно классифицировать по типу
переплетения волокон. Выделяют следующие типы переплетений: полотняное,
ситцевое, сатиновое, саржевое, трикотажное. Необходимую для определенной цели
анизотропию механических характеристик тканых композитов достигают за счет
варьирования соотношения волокон в основе и утке ткани.

Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух
взаимно-перпендикулярных систем нитнй пряжи --- основных и уточных. Основные
нити располагаются по длине куска ткани, а уточные --- по его ширине, от кромки
к кромке.

Можно выделить следуюшие основные технические характеристики ткани:

\begin{itemize}
 \item волокнистый состав;
 \item вид переплетения;
 \item способ отделки;
 \item ширина;
 \item толщина;
 \item масса квадратного метра;
 \item число нитей основы и утка на единицу длины (плотность ткани);
 \item разрывная нагрузка и растяжимость (удлинение) при разрыве.
\end{itemize}

\begin{figure}
 \label{fig:polotn}
 \includegraphics[width=6cm]{polotn}
 \caption{Схема полотняного переплетения}
 \includegraphics[width=6cm]{sarzh}
 \caption{Схема саржевого переплетения}
 \includegraphics[width=6cm]{satin}
 \caption{Схема сатинового переплетения}
\end{figure}


\section{Экспериментальные закономерности влияния локальных концентраторов
напряжений на деформационные и прочностные свойства тканых УУКМ}

\section{Выводы к первой главе}